针对极紫外线的反射型空白掩模和其制造方法与流程

1.本公开涉及一种在半导体制造中使用极紫外光作为曝光光的针对极紫外线(下文中，euv)的空白掩模，尤其涉及一种针对极紫外线的反射型空白掩模和其制造方法。


背景技术：

2.为了细化半导体电路图案，追求使用13.5纳米的极紫外线(extreme ultraviolet；euv)作为曝光光。在用于使用euv在衬底上形成电路图案的光掩模的情况下，主要使用反射曝光光且将反射的曝光光照射到晶片的反射性光掩模。图1是示出用于制造反射性光掩模的反射性空白掩模的实例的附图，且图2是示出使用图1的空白掩模制造光掩模的附图。
3.如图1中所示出，用于euv的反射性空白掩模包含衬底102、堆叠于衬底102上的反射膜104、形成于反射膜104上的吸收膜106以及形成于吸收膜106上的抗蚀剂膜108。反射膜104形成于结构中，且用以反射入射曝光光，在所述结构中，例如，由mo制成的层和由si制成的层交替地堆叠。吸收膜106典型地由tabn材料或tabon材料形成，且用以吸收入射曝光光。抗蚀剂膜108用于图案化吸收膜106。当吸收膜106图案化为如图2中所示出的预定形状时，将空白掩模制造为光掩模，且入射于光掩模上的euv曝光光根据吸收膜106的图案而吸收或反射，且随后照射到半导体晶片上。
4.在现有反射性euv空白掩模中，通过将一对mo层和si层堆叠为40到60个层来构造反射膜104，且因此，存在相互扩散在mo层与si层之间发生的问题。具体地说，相互扩散在mo层与si层之间发生，且因此，由mosi制成的扩散层存在。
5.作为相互扩散的主要原因，存在在反射膜104的每一层的形成期间施加的热量、在薄膜的应力释放的热处理期间施加的热量、在抗蚀剂膜108的涂布期间施加到反射膜106的热量、当长时间使用空白掩模时由euv曝光光施加到反射膜106的热能以及类似物。图3是示出其中反射率由于曝光光而减小的现象的曲线图。在使用具有13.5纳米的波长的euv执行曝光之前，也就是说，在使用空白掩模之前，反射率是约67％，且在空白掩模暴露于一定程度下的曝光光之后，也就是说，在某一时间周期内使用空白掩模之后，反射率是约59％，如此可看出，约8％的反射率减小发生。
6.随着相互扩散进行，反射膜106的反射率减小，且因此，空白掩模的寿命缩短。因此，需要一种尽可能地防止相互扩散的方法以改良在制造完成时的反射率且防止反射率由于制造之后的使用而急剧减小。


技术实现要素：

7.本公开提供一种用于在具有反射膜的针对euv的空白掩模中抑制形成反射膜的相应层之间的相互扩散的方法以尽可能地改良空白掩模在制造完成时的反射率且防止反射率由于制造之后的使用而减小。
8.根据本公开的一方面，针对euv的空白掩模包含：衬底；反射膜，堆叠于衬底上；以
及吸收膜，堆叠于反射膜上。此处，反射膜可包含：至少一个mo/si层，包含由含有mo的材料制成的mo层和由含有si的材料制成的si层；以及至少一个ru/si层，包含由含有ru的材料制成的ru层和由含有si的材料制成的si层。
9.反射膜可具有形成于ru/si层中的下部区或上部区。
10.mo/si层和ru/si层可交替地安置。
11.ru/si层可具有6.8纳米到7.1纳米的厚度，且ru/si层中的ru层和si层可具有0.22:0.78到0.44:0.56的比率的厚度。
12.ru层可优选地由ru化合物制成，所述ru化合物进一步含有mo、nb、zr、b以及c中的至少一个。
13.mo/si层可具有6.8纳米到7.1纳米的厚度，且mo/si层中的mo层和si层可具有0.3:0.7到0.5:0.5的比率的厚度。
14.本公开的euv空白掩模可进一步包含中间层，所述中间层形成于mo/si层中的mo层与si层之间和ru/si层中的ru层与si层之间中的至少一或多种情况，以防止mo层与si层之间或ru层与si层之间的相互扩散。
15.中间层可由b、b4c以及c中的任一个制成。
16.中间层可具有1纳米或小于1纳米的厚度。
17.反射膜可具有200纳米或大于200纳米的厚度。
18.反射膜可相对于euv曝光光具有60％或大于60％的反射率。
19.反射膜可在热处理之后具有2％或小于2％的反射率变化。
20.反射膜可在热处理之后具有600纳米或小于600纳米的表面tir值。
21.反射膜可具有0.5纳米或小于0.5纳米的算术平均表面粗糙度(ra)。
22.本公开的针对euv的空白掩模可进一步包含形成于反射膜上的覆盖膜。
23.本公开的针对euv的空白掩模可进一步包含形成于衬底的背侧上的导电层。
24.根据本公开的另一方面，提供一种使用如上文所描述配置的空白掩模制造的光掩模。
25.根据本公开，形成反射膜的相应层之间的相互扩散在具有反射膜的针对euv的空白掩模中受到抑制。因此，改良空白掩模的反射率，且防止反射率由于制造之后的使用而减小，由此延长光掩模的寿命。
附图说明
26.通过以下结合附图进行的描述，本公开的某些实施例的上述和其它方面、特征以及优点将更加显而易见。
27.图1是示意性地示出针对euv的常规一般反射性空白掩模的结构的附图。
28.图2是示出使用图1的空白掩模制造的光掩模的附图。
29.图3是示出其中反射率由于曝光光而减小的现象的曲线图。
30.图4是示出根据本公开的针对euv的反射性空白掩模的结构的附图。
31.图5是示出图4的mo/si层的附图。
32.图6是示出图4的ru/si层的附图。
33.图7是示出图4的另一实例的附图。
34.图8是示出其中中间膜形成于mo/si层上的图5的修改后实例的附图。
35.图9是示出其中中间膜形成于mo/si层上的图6的修改后实例的附图。
36.附图标号说明
37.102、202：衬底；
38.104、300：反射膜；
39.106、206：吸收膜；
40.108、208：抗蚀剂膜；
41.201：导电层；
42.205：覆盖膜；
43.310：mo/si层；
44.311：mo层；
45.312、322：si层；
46.313、323：中间层；
47.320：ru/si层；
48.321：ru层。
具体实施方式
49.下文中，将参考附图更详细地描述本公开的优选实施例。
50.图4是示出根据本公开的针对euv的反射性空白掩模的结构的附图，且图5和图6各自是示出图4的mo/si层和ru/si层的附图。
51.根据本公开的针对euv的反射性空白掩模包含衬底202、堆叠于衬底202上的反射膜300、形成于反射膜300上的吸收膜206以及形成于吸收膜206上的抗蚀剂膜208。另外，本公开的空白掩模进一步包含形成于衬底202的背侧上的导电层201和形成于反射膜300与吸收膜206之间的覆盖膜205。除了所示出的组件之外，空白掩模可进一步包含形成于衬底202的上部表面上的相移膜、蚀刻终止膜、硬掩模膜以及类似物，且可进一步包含设置在衬底202下的缺陷控制膜、导电层以及类似物。
52.衬底202是使用euv曝光光的反射性空白掩模的玻璃衬底，且配置为具有在0
±
1.0
×
10-7
/℃且优选地0
±
0.3
×
10-7
/℃的范围内的低热膨胀系数以便防止图案在曝光期间因热量和应力而变形的低热膨胀材料(low thermal expansion material；ltem)衬底。可使用sio
2-tio2类玻璃、多组分玻璃陶瓷或类似物作为衬底202的材料。
53.衬底202需要具有高平坦度以便增大反射光在曝光期间的准确度。平坦度由总指示读数(total indicated reading；tir)值表示，且优选地，衬底202具有低tir值。在132平方毫米的区域或142平方毫米的区域中，衬底202的平坦度是100纳米或小于100纳米，且优选地50纳米或小于50纳米。
54.反射膜300具有反射euv曝光光的功能，且配置成包含一或多个mo/si层310和一或多个ru/si层320。反射膜300形成于数对30或大于30个层中以确保60％或大于60％的曝光光的反射率，且在这种情况下，具有200纳米或大于200纳米的厚度。
55.在图4的实施例中，反射膜300具有形成于mo/si层310中的下部区和形成于ru/si层320中的上部区。作为实例，反射膜300通过在其下部部分上形成30层mosi层310且在其上
部部分上形成10层ru/si层320而形成。由于反射膜300的上部区形成于ru/si层320中，作为最上部层的ru/si层320(确切地说，si层322)与反射膜300上的覆盖膜205接触。
56.如图5中所示出，mo/si层310配置成包含由含有mo的材料制成的mo层311和由含有si的材料制成的si层312。
57.一个mo/si层310具有6.8纳米到7.1纳米的厚度，且优选地具有6.9纳米到7.0纳米的厚度。当厚度超出这个范围时，反射膜300并不充当介电镜，且由此反射率急剧地减小。
58.一个mo/si层310中的mo层311和si层312具有0.3:0.7到0.5:0.5的厚度比且优选地0.35:0.65到0.45:0.55的厚度比。mo/si层中的mo和si的厚度比影响示出最大反射率的中心波长，且为了具有13.4纳米到13.6纳米的中心波长，mo/si层需要在对应厚度范围内形成。另外，当厚度超出所述范围时，13.4纳米到13.6纳米的中心波长下的反射率急剧地减小，且mo/si层并不充当反射膜。
59.如图6中所示出，ru/si层320配置成包含由含有ru的材料制成的ru层321和由含有si的材料制成的si层322。
60.一个ru/si层320具有6.8纳米到7.1纳米的厚度，且优选地具有6.9纳米到7.0纳米的厚度。当厚度超出这个范围时，反射膜300并不充当介电镜，且由此反射率急剧地减小。
61.一个ru/si层321中的ru层321和si层312具有0.22:0.78到0.44:0.56的厚度比，且优选地0.3:0.7到0.4:0.6的厚度比。ru/si层中的ru和si的厚度比影响示出最大反射率的中心波长，且为了具有13.4纳米到13.6纳米的中心波长，ru/si层需要在对应厚度范围内形成。另外，当厚度超出所述范围时，13.4纳米到13.6纳米的中心波长下的反射率急剧地减小，且mo/si层并不充当反射膜。
62.ru层321可由ru化合物连同ru制成，所述ru化合物进一步包含mo、nb、zr、b以及c中的至少一个。由于单一ru材料具有高结晶性，euv曝光光的散射现象可出现在ru层321内，且因此，反射率减小现象可出现，如此控制结晶性是重要的。通过使用ru化合物，有可能通过减小薄膜的结晶性来改良最大反射率。具体地说，为了减小ru靶材的结晶性，可使用rub靶材，b或c可在ru溅镀之后形成为阻挡层，且b或c的沉积厚度是2纳米或小于2纳米且优选地1纳米或小于1纳米。
63.ru材料的膜在暴露于曝光光时通过在膜形成期间的热量、通过在抗蚀剂膜208的涂布期间的热量和通过曝光光的能量比mo材料的膜扩散更少。在扩散层的情况下，扩散的程度通过每一材料的薄膜内部的空缺程度确定。在ru的情况下，元素半径是178皮米，其低于190皮米的mo的元素半径。此外，由于ru单侧具有密排六方晶格(hexagonal close packed lattice；hcp)结构，ru具有比mo的体心立方晶格(body centered cubic lattice；bcc)结构更紧凑的结构。由此，扩散层由于以上处理而在ru材料的膜中显得低于mo材料的膜的扩散层。
64.同时，反射膜300可在膜形成之后使用rtp、锅炉、热板或类似物进行热处理。当执行热处理时，反射膜300的应力增大，由此改良平坦度。优选地，反射膜300进行配置以使得表面tir在热处理之后是600纳米或小于600纳米，且更优选地300纳米或小于300纳米。当反射膜300的表面平坦度是600纳米或大于600纳米时，图案位置误差出现。
65.反射膜300相对于13.5纳米的euv曝光光具有60％或大于60％的反射率且优选地65％或大于65％的反射率。
66.反射膜300具有0.5纳米或小于0.5纳米、优选地0.3纳米或小于0.3纳米且更优选地0.1纳米或小于0.1纳米的算术平均表面粗糙度，以便抑制euv曝光光的漫反射。
67.图7是示出图4的另一实例的附图。
68.在图7的实施例中，反射膜300具有形成于ru/si层320中的下部区和形成于mo/si层310中的上部区。作为实例，反射膜300通过在其下部部分上形成10层rusi层320且在其上部部分上形成30层mo/si层310而形成。由于反射膜300的下部区形成于ru/si层320中，作为最下部层的ru/si层320(确切地说，ru层321)与反射膜300下的衬底202接触。
69.图8是示出图5的修改后实例的附图，其中中间膜形成于mo/si层上，且图9是示出图6的修改后实例的附图，其中中间膜形成于ru/si层上。在这一修改后实例中，中间层313和中间层323分别额外形成于mo层311与si层312之间，或ru层321与si层322之间。
70.中间层313和中间层323由b、b4c以及c中的任何一或多个制成。中间层313和中间层323用于通过阻挡mo层311与si层312或ru层321与si层322之间的直接接触来防止相互扩散。
71.中间层313和中间层323可由用于每一层的不同材料制成。举例来说，使用b形成mo/si层310的中间层313，使用c形成ru/si层320的中间层323，或每一mo/si层310的中间层313可由用于每一mo/si层310的不同材料形成。
72.由于中间层313和中间层323可引起反射膜300的反射率减小，中间层313和中间层323可仅形成于层中的一些中以便防止反射率减小。
73.为了防止反射膜300的反射率减小，中间层313和中间层323优选地尽可能薄，且优选地具有1纳米或小于1纳米的厚度。当中间层313和中间层323的厚度是1纳米或大于1纳米时，反射膜300的反射率可相对于euv曝光光减小。
74.覆盖膜205形成于反射膜300上，且在用于图案化所述吸收膜206的干式蚀刻工艺或清洁工艺期间用以保护其下的反射膜300。为这个目的，覆盖膜104由ru和nb中的至少任一个制成，或其中c、n和o中的任何一或多个含于ru或nb中的ru化合物和nb化合物中的至少任一个。此时，优选的是主元素ru或nb具有60at％或大于60at％的含量。另外，覆盖膜205相对于与其上的吸收膜206中的覆盖膜205接触的层(也就是说，吸收膜206中的最下部层)优选地具有10或大于10的蚀刻选择性，且更优选地具有20或大于20的蚀刻选择性。当蚀刻选择性大时，在其上的吸收膜206的图案化工艺期间防止蚀刻覆盖膜205，如此可适当地保护其下的反射膜300。
75.覆盖膜205具有2纳米到5纳米的厚度，且优选地2纳米到3纳米的厚度。当覆盖膜205的厚度是2纳米或小于2纳米时，在上部吸收膜206的图案化工艺期间考虑到蚀刻条件(例如，过蚀刻以及类似物)时难以保护其下形成的反射膜300，且当覆盖膜205的厚度是5纳米或大于5纳米时，13.5纳米的曝光光的反射率减小，从而引起图像对比度减小的问题。
76.吸收膜206形成于覆盖膜205上且用以吸收曝光光。具体地说，吸收膜206相对于具有13.5纳米的波长的euv曝光光具有10％或小于10％的反射率且优选地1％到8％的反射率，且由此吸收大多数曝光光。吸收膜206具有70纳米或小于70纳米的厚度，且优选地具有60纳米或小于60纳米的厚度。吸收膜206可由如tan、tabn、taon以及tabon的材料制成。
77.抗蚀剂膜208由化学增幅型抗蚀剂(chemically amplified resist；car)制成。抗蚀剂膜208具有150纳米或小于150纳米且优选地100纳米或小于100纳米的厚度。
78.导电层201形成于衬底201的背侧上。导电层201具有下部薄片电阻值，所述下部薄片电阻值用于改良电子卡盘与针对euv的空白掩模之间的粘附性，且防止由于与电子卡盘的摩擦而产生粒子。导电层201具有100ω/
□
或小于100ω/
□
、优选地50ω/
□
或小于50ω/
□
且更优选地20ω/
□
或小于20ω/
□
的薄片电阻。导电层201可以单层膜、连续膜或多层膜的形式配置。导电层201可由例如作为主要组分的cr制成，且当由两层多层膜制成时，下部层可含有cr和n，且上部层可含有cr、n以及o。
79.下文中，将描述本公开的具体实施实例和比较例。
80.实施实例1
81.具有主要由cr制成的下部层和上部层的三层结构的导电层使用dc磁控反应溅镀设备形成于sio
2-tio2类透明衬底202的背侧上。使用cr靶材形成上部层和下部层的所有导电层。作为下部层的导电层通过注入ar:n2＝5sccm:5sccm作为处理气体和使用1.4千瓦的处理功率由具有51纳米的厚度的crn膜形成。作为上部层的导电层通过注入ar:n2:no＝7sccm:7sccm:7sccm作为处理气体和使用1.4千瓦的处理功率由具有15纳米的厚度的crn膜形成。由于使用4点探针测量导电层201的薄片电阻，通过示出22.6ω/
□
的薄片电阻值确认在与静电卡盘接合时不存在问题且在用作导电层时不存在问题。
82.ru层和si层交替地堆叠于导电层101形成于其上的衬底202的前侧上以形成反射膜300的形成于10层ru/si层320中的下部部分。随后，mo层和si层交替地堆叠在其上以形成反射膜300的形成于40层mo/si层310中的上部部分。
83.在将mo和si靶材安放在离子束沉积低缺陷密度(ion beam deposition-low defect density；ibd-ldd)设备上之后，通过分别在ar气体氛围中形成ru层、mo层以及si层来形成反射膜300。具体地说，反射膜300的下部区通过形成2.4纳米的厚度的ru层和形成4.5纳米的厚度的si层而形成于10层ru/si层320中，且反射膜300的上部区通过形成2.8纳米的厚度的mo层和形成4.2纳米的厚度的si层来形成于30层mo/si层310中。
84.作为使用euv反射计设备在13.5纳米下测量反射膜300的反射率的结果，反射率是66.8％，且作为使用超平坦设备测量薄膜的应力的结果，tir是615纳米。其后，作为使用afm设备测量表面粗糙度的结果，算术平均表面粗糙度是0.127纳米。
85.使用rtp在350℃下对反射膜300进行热处理10分钟，在热处理之后测量的tir是276纳米，且在13.5纳米下的反射率是65.1％。
86.通过使用ibd-ldd设备和使用ru靶材在氮气气氛中在反射膜300上形成具有2.5纳米的厚度且由run制成的覆盖膜205。
87.使用dc磁控溅镀设备在覆盖膜205上形成两层吸收膜206。具体地说，通过在覆盖膜205上使用ta靶材、注入ar:n2＝9sccm:1sccm作为处理气体和0.62千瓦的处理功率来形成由具有50纳米的厚度的tan膜形成的吸收膜206的下部层。其后，通过使用相同靶材、注入ar:n2:no＝3sccm:20sccm:4.5sccm作为处理气体和使用0.62千瓦的处理功率来形成由具有2纳米的厚度的taon膜制成的吸收膜206的上部层。
88.在两层堆叠结构中制造的吸收膜206示出相对于13.5纳米的波长的2.6％的反射率。因此，确定的是可通过调整吸收膜206的两层结构的厚度将反射率控制在1％到10％的范围内。
89.抗蚀剂膜208以100纳米的厚度旋涂在吸收膜206上以完成针对euv的空白掩模的
制造。
90.实施实例2
91.实施实例2与实施实例1的不同之处仅在于反射膜300的结构。
92.具体地说，反射膜300的下部区通过形成2.8纳米的厚度的mo层和形成4.2纳米的厚度的si层而形成于30层mo/si层310中，且反射膜300的上部区通过形成2.4纳米的厚度的ru层和形成4.5纳米的厚度的si层来形成于10层ru/si层320中。
93.作为使用euv反射计设备在13.5纳米下测量反射膜300的反射率的结果，反射率是64.8％，且作为使用超平坦设备测量薄膜的应力的结果，tir是593纳米。其后，作为使用afm设备测量表面粗糙度的结果，算术平均表面粗糙度是0.135纳米。
94.使用rtp在350℃下对反射膜300进行热处理10分钟，在热处理之后测量的tir是290纳米，且在13.5纳米下的反射率是64.3％。
95.其后，形成覆盖膜104、吸收膜105以及抗蚀剂膜106以完成针对euv的空白掩模的制造。
96.比较例
97.除了反射膜300配置于40个mo/si循环的堆叠结构中之外，比较例与上文所描述的实施实例1相同。
98.在将mo靶材和si靶材安放在ibd-ldd设备中之后，反射膜通过在ar气体氛围中交替地形成mo层和si层而形成于40层mo/si层中。此时，首先形成2.8纳米的厚度的mo层，且形成4.2纳米的厚度的si层。
99.作为使用euv反射计设备在13.5纳米下测量反射膜的反射率的结果，反射率是67.0％，且作为使用超平坦设备测量薄膜的应力的结果，tir是625纳米。其后，作为使用afm设备测量表面粗糙度的结果，算术平均表面粗糙度是0.125纳米。
100.其后，通过使用ibd-ldd设备和使用ru靶材在氮气氛围中在反射膜上形成具有2.5纳米的厚度且由run制成的覆盖膜205。
101.使用rtp在350℃下对反射膜进行热处理10分钟，在热处理之后测量的tir是260纳米，且在13.5纳米下的反射率是58.2％，这示出大的降低率。
102.上文，本公开已通过本公开的结构参考随附附图特别加以描述，但这一结构仅用于说明和解释本公开的目的，且并不用于限制在权利要求中描述的本公开的含义或范围。因此，本公开的技术领域中的普通技术人员可理解各种修改且等效的其它结构根据实施例是可能的。因此，本公开的实际技术范围将由所附权利要求的精神定义。